JP2016001536A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極端子がケースから突出する孔の周囲におけるケースの内外をシールする環状シール部材に加える軸力を小さくしても、環状シール部材が必要なシール機能を確保する。
【解決手段】蓄電装置（二次電池１０）は、開口部１３ａを有する本体と、開口部１３ａを塞ぐ蓋体１４とを有するケース１１と、ケース１１内に収容された電極組立体１２とを有する。ケース１１は電極端子（正極端子１５及び負極端子１６）が突出する端子壁としての蓋体１４を有し、蓋体１４には電極端子がケース１１内から突出する孔１７，１８が形成されている。孔１７，１８の周囲にはケース１１の内側にテーパ面１９が形成され、テーパ面１９と電極端子との間に環状シール部材２７が介在し、環状シール部材２７がテーパ面１９に接触している。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置に係り、詳しくは電極端子がケースから突出する孔の周囲のシール構造に特徴を有する蓄電装置に関する。

従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがよく知られている。二次電池のケース内には電極組立体が収容され、この電極組立体には、電極端子が電気的に接続されている。電極端子は、蓋の挿通孔を通ってケースの内部から外部に突出している。

ケースの内外をシールする構成として、例えば、図６に示す構成が開示されている（特許文献１参照）。図６に示すように、電極端子５１は、蓋５２に形成された端子貫通孔５３を貫通するポール部５４が設けられ、下部にフランジ部５５が形成されている。蓋５２の上面の端子貫通孔５３の周囲には座金５６が配置され、この座金５６上に配置した環状押圧ばね５７の内周縁をポール部５４の外周面に弾性係止させることで、電極端子５１が蓋５２に固定されている。

フランジ部５５の上面には環状の封止溝５８が形成されてＯリングなどの環状パッキン５９が収容配置され、蓋５２の下面とこの封止溝５８との間で環状パッキン５９を圧縮させる。また、端子貫通孔５３の上部にはテーパシール面６０が形成されてＯリングなどの環状パッキン６１が配置され、テーパシール面６０と、座金５６との間で環状パッキン６１を圧縮させることで２段目のシールが行われ、環状パッキン５９，６１により２重にシールが施されている。

特開２００４−１１９０８９号公報

特許文献１のシール構造では、蓋５２の裏面と、電極端子５１のフランジ部５５の封止溝５８の上面とによって環状パッキン５９を押圧して必要なシール機能を確保するための力は、電極端子５１の封止溝５８の上面が環状パッキン５９を図６の上側へ押圧する力と、蓋５２の下面が環状パッキン５９を図６の下側へ押圧する力との和になる。この力は、環状押圧ばね５７の弾性エネルギーによる。そして、環状パッキン５９を図６における上下方向から押圧する力は、環状押圧ばね５７の押圧力以外にはないため、環状押圧ばね５７は、環状パッキン５９が必要なシール機能を確保するための量だけ押圧変形させる軸力を環状パッキン５９に加える必要がある。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電極端子がケースから突出する孔の周囲におけるケースの内外をシールする環状シール部材に加える軸力を小さくしても、環状シール部材が必要なシール機能を確保することができる蓄電装置を提供することにある。

上記課題を解決する蓄電装置は、開口部を有する本体と、前記開口部を塞ぐ蓋体とを有するケースと、前記ケース内に収容された電極組立体とを有する蓄電装置である。そして、前記ケースは電極端子が突出する端子壁を有し、前記端子壁には前記電極端子が前記ケース内から突出する孔が形成され、前記孔は前記端子壁の内面側にテーパ面が形成され、前記テーパ面と前記電極端子との間に環状シール部材が介在し、前記環状シール部材が前記テーパ面に接触している。

この構成によれば、電極端子が突出するために端子壁に形成された孔の周囲におけるケースの内外を環状シール部材がシールする。環状シール部材は、孔の端子壁内面側に形成されたテーパ面と電極端子との間に介在する。そして、電極端子を介して加えられる軸力によって押圧変形され、テーパ面と電極端子に押圧された状態に保持されてシール機能を発揮する。環状シール部材がテーパ面から押圧されて変形する量が、テーパ面を設けずに、環状シール部材が端子壁の内面に押圧されて変形する量と同じ場合、環状シール部材に対して軸方向に掛かる力は、環状シール部材がテーパ面と接触する場合の方が小さくなる。したがって、電極端子がケースから突出する孔の周囲におけるケースの内外をシールする環状シール部材に加える軸力を小さくしても、環状シール部材が必要なシール機能を確保することができる。

前記テーパ面は、前記孔の中心を含み前記端子壁と直交する仮想平面との交線が直線であることが好ましい。テーパ面は、孔の中心を含み前記端子壁と直交する仮想平面との交線が曲線であってもよい。しかし、交線が直線の方が、形成が容易で、しかも、環状シール部材からテーパ面に加わる力の方向が目的とする方向となるように形成することも容易である。

本発明によれば、電極端子がケースから突出する孔の周囲におけるケースの内外をシールする環状シール部材に加える軸力を小さくしても、環状シール部材が必要なシール機能を確保することができる。

（ａ）は二次電池の模式断面図、（ｂ）は正極端子の取り付け状態を示す断面図。 作用を説明する模式図。 別の実施形態の断面図。 別の実施形態の断面図。 別の実施形態の分解斜視図。 従来技術の断面図。

以下、二次電池に具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１に積層型の電極組立体１２が収容されている。ケース１１には、電解液（図示せず）も収容されている。この実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン二次電池である。

ケース１１は、電極組立体１２を挿入可能な開口部１３ａを有する本体１３と、開口部１３ａを塞ぐ蓋体１４とで構成されている。本体１３は有底四角筒状に形成されている。蓋体１４の本体１３と対向する面の周縁には段差部１４ａが形成され、蓋体１４と本体１３との溶接箇所がケース１１の周面となるように蓋体１４が本体１３と嵌合した状態で、本体１３と蓋体１４とは溶接によって接合されている。

ケース１１は電極端子としての正極端子１５及び負極端子１６がケース１１内から突出する端子壁を有する。この実施形態では、蓋体１４が端子壁を構成する。端子壁即ち蓋体１４には、それぞれ所定間隔を隔てて孔１７，１８が形成されている。

正極端子１５及び負極端子１６は、それぞれケース１１の内側から外側に向かって孔１７，１８を貫通する状態で、蓋体１４に固定されている。
電極組立体１２は、略矩形状の複数の正極と略矩形状の複数の負極とが、両者の間にセパレータが介在する状態で積層された構造である。正極及び負極は、金属箔の両面に活物質層を有し、正極は金属箔の一辺から延出された正極タブ１２ｐを有し、負極は金属箔の一辺から延出された負極タブ１２ｎを有する。正極タブ１２ｐは導電部材２０を介して正極端子１５と電気的に接続されている。負極タブ１２ｎは導電部材２１を介して負極端子１６に電気的に接続されている。

次に、正極端子１５及び負極端子１６の蓋体１４に対する取付構造と、孔１７，１８の周囲におけるケース１１の内外をシールするシール構造について説明する。この実施形態では正極端子１５及び負極端子１６は同様に構成され、孔１７，１８も同様に形成されているため、以下、正極端子１５について説明し、負極端子１６に関する説明を省略する。

孔１７は、蓋体１４の内面側にテーパ面１９が形成されている。テーパ面１９は、孔１７の中心を含み蓋体１４と直交する仮想平面との交線が直線である。即ち、孔１７は下部が円錐台状に形成されている。

図１（ｂ）に示すように、正極端子１５は、鍔部２２と、鍔部２２の中央から立設された円筒状の極柱部２３とを有する。極柱部２３は、外周面の先端側に雄ねじ２３ａを有し、内周面に雌ねじ２３ｂを有する。

正極端子１５とケース１１との結合について説明する。
孔１７には、蓋体１４の外周面から挿入された円環状の絶縁部材２４が設置されている。正極端子１５は、極柱部２３が孔１７と、絶縁部材２４とを貫通している。さらに、極柱部２３は、ケース１１の内側から外側に突出した状態において、雄ねじ２３ａに螺合するナット２５により締結されることにより、蓋体１４に固定されている。また、鍔部２２には、絶縁部材２６が装着されている。絶縁部材２６は、鍔部２２の上面及び周面と係合し、蓋体１４の内面のテーパ面１９より外側において蓋体１４の内面と係合している。なお、図１（ａ）において、鍔部２２や環状シール部材２７を分かり易くするため、絶縁部材２６を破断した状態で図示している。

テーパ面１９と鍔部２２の上面との間に環状シール部材２７が介在し、環状シール部材２７がテーパ面１９に接触している。この実施形態では、環状シール部材２７としてＯリングが使用されている。

蓋体１４の外面における孔１７の周縁とナット２５の蓋体１４側の端面との間には、絶縁部材２４のフランジ部２４ａが挟圧されている。フランジ部２４ａによってナット２５と蓋体１４とが絶縁されている。また、ナット２５が極柱部２３に螺合されることによって、ナット２５と鍔部２２との間に、フランジ部２４ａ、蓋体１４、環状シール部材２７及び絶縁部材２６が挟圧されるとともに極柱部２３が蓋体１４に締結固定されている。この締結状態では、環状シール部材２７は、圧縮状態で孔１７のテーパ面１９、鍔部２２の上面に密接し、孔１７の周囲をシールしている。この実施形態では、環状シール部材２７は絶縁部材２４の円筒部２４ｂにも接触している。

なお、正極端子１５及び負極端子１６の極柱部２３に形成された雌ねじ２３ｂは、複数の二次電池１０を電気的に接続して電池モジュールを形成する際、二次電池１０同士を電気的に接続するバスバーを正極端子１５あるいは負極端子１６にボルトにより締め付け固定する際に使用される。

次に前記のように構成された二次電池１０の作用を説明する。
二次電池１０は、本体１３内に電極組立体１２が収容された後、蓋体１４が本体１３の開口部１３ａを覆う状態で、本体１３に対して溶接により気密状態に接合される。本体１３と蓋体１４とが気密状態に接合されても、正極端子１５及び負極端子１６がケース１１から突出する孔１７，１８の周囲におけるケース１１の内外をシールする必要がある。

孔１７，１８の周囲におけるケース１１の内外のシールは、孔１７，１８のテーパ面１９と、正極端子１５及び負極端子１６の鍔部２２の上面との間に介在する環状シール部材２７によって行われる。

正極端子１５を例にすると、図２に示すように、環状シール部材２７は、正極端子１５を介して加えられる軸力Ｆaxisによって押圧変形され、テーパ面１９と正極端子１５の鍔部２２に押圧された状態に保持されてシール機能を発揮する。

この状態で、環状シール部材２７からテーパ面１９に垂直に加わる力Ｆは、図２に示すように、軸力Ｆaxisと、軸力Ｆaxisと垂直方向の力Ｆｐとの合力となる。そして、力Ｆは、環状シール部材２７がシールに必要な変形量となるように環状シール部材２７を押圧する力となる。そのため、軸力Ｆaxisは、環状シール部材２７を必要なシール機能を発揮するために必要な変形量となるように押圧する力Ｆより小さくなる。したがって、正極端子１５が孔１７の周囲におけるケース１１の内外をシールする環状シール部材２７に加える軸力Ｆaxisを、環状シール部材２７が蓋体１４の内面の孔１７の周囲の部分と、正極端子１５の鍔部２２の上面とに接触する状態で配置された場合より小さくしても、環状シール部材２７が必要なシール機能を確保することができる。

同様に、負極端子１６が孔１８の周囲におけるケース１１の内外をシールする環状シール部材２７に加える軸力Ｆaxisを、環状シール部材２７が蓋体１４の内面の孔１８の周囲の部分と、負極端子１６の鍔部２２の上面とに接触する状態で配置された場合より小さくしても、環状シール部材２７が必要なシール機能を確保することができる。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）蓄電装置（二次電池１０）は、開口部１３ａを有する本体１３と、開口部１３ａを塞ぐ蓋体１４とを有するケース１１と、ケース１１内に収容された電極組立体１２とを有する。そして、ケース１１は電極端子（正極端子１５、負極端子１６）が突出する端子壁（蓋体１４）を有し、端子壁には電極端子がケース１１内から突出する孔１７，１８が形成されている。孔１７，１８は端子壁の内面側にテーパ面１９が形成され、テーパ面１９と電極端子との間に環状シール部材２７が介在し、環状シール部材２７がテーパ面１９に接触している。したがって、電極端子がケース１１から突出する孔１７，１８の周囲におけるケース１１の内外をシールする環状シール部材２７に加える軸力を小さくしても、環状シール部材２７が必要なシール機能を確保することができる。

また、シールに必要な軸力が小さくなるため、端子壁がクリープし難くなる。さらに、電極端子の締結に必要な軸力が小さくなるため、電極端子の軸部（極柱部２３）を細くすることができる。

（２）テーパ面１９は、孔１７，１８の中心を含み端子壁（蓋体１４）と直交する仮想平面との交線が直線である。テーパ面１９は、孔１７，１８の中心を含み端子壁と直交する仮想平面との交線が曲線であってもよい。しかし、交線が直線の方が、形成が容易で、しかも、環状シール部材２７からテーパ面１９に加わる力の方向が目的とする方向となるように形成することも容易である。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ テーパ面１９は、孔１７，１８の中心を含み端子壁（蓋体１４）と直交する仮想平面との交線が直線に限らず、例えば、図３に示すように、交線が外側に凸の曲線であってもよい。また、交線が内側に凸の曲線であってもよい。

○ 環状シール部材２７はゴム製に限らず、樹脂製であってもよい。
○ 環状シール部材２７はＯリングに限らず、テーパ面１９と鍔部２２とに接触する状態で端子壁と電極端子との間に配置可能な形状であればよく、断面形状がＯ（円形）以外の形状、例えば、楕円形、多角形、かまぼこ形であってもよい。

○ 電極端子、例えば、正極端子１５は、図４に示すように、互いに電気的に接続されたかしめ端子３１、外部端子３２及びボルト３３を有する構成としてもよい。外部端子３２は、蓋体１４の上面に配置されたガスケット３４の上面に沿って配置され、外部端子３２及びガスケット３４には、孔１７と対応する箇所に挿通孔３２ａ，３４ａが形成されている。かしめ端子３１はフランジ部３１ａを有し、フランジ部３１ａの上面と、蓋体１４に形成された孔１７のテーパ面１９との間に環状シール部材２７が配置され、かつ蓋体１４、ガスケット３４及び外部端子３２を貫通した状態で端部がかしめられて、ガスケット３４及び外部端子３２を蓋体１４と挟持する状態で蓋体１４に固定されている。

ボルト３３は、頭部が、ガスケット３４に形成された穴３４ｂに配置され、軸部３３ａが、外部端子３２の挿通孔３２ｂを通って上方に突出している。この構成では、複数の二次電池１０を電気的に接続して電池モジュールを形成する際、二次電池１０同士を電気的に接続するバスバーが、ボルト３３の軸部３３ａに貫通された状態で外部端子３２の上に配置され、図示しないナットで締め付け固定される。

○ 電極端子（正極端子１５、負極端子１６）が極柱部２３を有する構成において、雌ねじ２３ｂを無くすとともに極柱部２３を長く形成する。そして、複数の二次電池１０を連結する際のバスバーを雄ねじ２３ａと螺合するナット２５の上に配置して、雄ねじ２３ａと螺合する別のナットでバスバーを締め付け固定してもよい。

○ 電極端子（正極端子１５、負極端子１６）が極柱部２３を有する構成において、雄ねじ２３ａを無くすとともに、雄ねじ２３ａの上部をかしめることにより、電極端子を蓋体１４に固定してもよい。この場合、かしめられた部分と絶縁部材２４との間に座金を配置して、かしめられた部分が座金と当接する構造の方が好ましい。

○ 電極組立体１２を収容するケース１１は、電極端子（正極端子１５、負極端子１６）が突出する端子壁が、本体１３の開口部１３ａを覆う蓋体１４以外の壁であってもよい。例えば、図５に示すように、本体４１は、開口部４１ａが電極組立体１２の厚さ方向（正極、セパレータ及び負極の積層方向）と対応する位置に設けられており、電極組立体１２をその厚さ方向に移動させて開口部４１ａから本体４１内に挿入可能に形成されている。蓋体４２は、電極組立体１２の厚さ方向と対向する位置に設けられている。電極端子としての正極端子４３及び負極端子４４がケース１１内から突出する端子壁は、本体４１を構成する壁のうち、電極組立体１２の正極タブ１２ｐ及び負極タブ１２ｎの突出側と対向する壁４１ｂとなる。

電極組立体１２の正極タブ１２ｐ及び負極タブ１２ｎは、正極端子４３及び負極端子４４と一体に形成された正極用集電部４５及び負極用集電部４６と電気的に接続されている。そして、正極端子４３及び負極端子４４は、それぞれ環状シール部材２７、孔１７，１８及び電気的絶縁リング４７を貫通した状態で、雄ねじ４３ａ，４４ａに螺合する図示しないナットにより本体４１に締め付け固定される。各環状シール部材２７は、正極端子４３及び負極端子４４の鍔部４３ｂ，４４ｂと、孔１７，１８の図示しないテーパ面１９とに挟持された状態となる。

○ 電極組立体１２は積層型に限らず、巻回型の電極組立体１２であってもよい。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池であってもよい。

○ 蓄電装置は、二次電池１０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。

１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、１３，４１…本体、１３ａ，４１ａ…開口部、１４，４２…蓋体、１５，４３…電極端子としての正極端子、１６，４４…電極端子としての負極端子、１７，１８…孔、１９…テーパ面、２７…環状シール部材。

Claims (2)

1. 開口部を有する本体と、
   前記開口部を塞ぐ蓋体とを有するケースと、
   前記ケース内に収容された電極組立体とを有する蓄電装置であって、
   前記ケースは電極端子が突出する端子壁を有し、
   前記端子壁には前記電極端子が前記ケース内から突出する孔が形成され、
   前記孔は前記端子壁の内面側にテーパ面が形成され、
   前記テーパ面と前記電極端子との間に環状シール部材が介在し、
   前記環状シール部材が前記テーパ面に接触していることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記テーパ面は、前記孔の中心を含み前記端子壁と直交する仮想平面との交線が直線である請求項１に記載の蓄電装置。